arduinoやesp32でDCモーターとかサーボーモーターを制御してみる(PCA9685,L298N)

なんかもう間に合うか怪しいのですが、[LINE Things Mini Award](https://engineering.linecorp.com/ja/blog/line-things-mini-award-2019/)用に作ろうと思ってるやつがあります。

それはDCモーター（TAMIYA）一つとサーボモーター1つと、連続回転サーボを1つ使う予定のやつ。
でもってESP32、もしくはarduino+BLEモジュールを2組つかいたい。

で、調べてみるとこういったモーターを使うにはモータードライバーとかいうやつがあるといいらしい。

[モータードライバーとは](https://www.ipros.jp/monosiri/term/%E3%83%A2%E3%83%BC%E3%82%BF%E3%83%89%E3%83%A9%E3%82%A4%E3%83%90)
> モータードライバとは、モーターを駆動・制御する装置のこと。モーターに流す電流量、方向、タイミングなどを制御するもので、DCモーター、ACモーター、ステッピングモーターなどモーターの種類により駆動方法・回路が異なる。
例えばDCモーターの場合には、電流の向きを切換えることでモーターの回転方向をコントロールするHブリッジ回路を組み、リニア方式で電流制御をしたり、PWM制御をしたりして回転数の制御を行う。

そんわけでDCモーター用のやつとサーボモーター複数制御用のを購入してみました。

# 本日の材料

- [HiLetgo PCA9685 16チャンネル 12-ビット PWM Servo モーター ドライバー IIC モジュール Arduinoに対応 ロボット](https://www.amazon.co.jp/gp/product/B01D1D0CX2/)
- [Calloy L298N モジュール デュアルHブリッジ DCステップ モーター ドライバー コントローラー ボード Arduinoと互換 2個](https://www.amazon.co.jp/gp/product/B07K2WX3C2/)
- [Goolsky 1セット アクリル ロボット アーム クランプ クロー マウント キット 9Gサーボ付き Arduino DIYロボット用 キット](https://www.amazon.co.jp/gp/product/B07L4W9D48/)
- [DiyStudio Bluetooth開発ボード WiFi 開発ボード CP2102 ESP-32 ESP-32S開発ボード2.4GHzデュアルモードWiFi + BluetoothアンテナモジュールAP、STA、およびAP + STA 3モード](https://www.amazon.co.jp/gp/product/B07M8BDRVB/)
- [KKHMF UNO R3開発ボード USBケーブル付属 Arduinoと互換](https://www.amazon.co.jp/dp/B018VYJIEU/)
- [Feetech FS90R マイクロサーボ 360度連続回転サーボ 6V 9G 車輪付き 2点入り RCサーボ 900us-2100us [並行輸入品]](https://www.amazon.co.jp/dp/B077JFCPCX/)
- [SG90-HV 360度旋回タイプ デジタル・マイクロサーボ](https://www.amazon.co.jp/dp/B07N6JP2XK/)
- [AO-1001：FA-130ノーマルモーター](https://www.amazon.co.jp/dp/B0092XICZQ/)

# L298Nとタミヤモーター

これは単純。L298Nにモーターを繋いで正回転と逆回転と停止ができればOKです。

![tr4if-75sbe.gif](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/308709/a7c2f536-db04-dfbb-829f-941968e1565b.gif)

やべぇ。。部屋汚いのバレたわ。。
ちなみにブン回してるのは[タミヤ 楽しい工作シリーズ No.121 プーリーユニットセット ](https://www.amazon.co.jp/gp/product/B001VZP8RI/)です。
ESP32のGPIO14をENAに、GPIO26をIN2に、GPIO27をIN1につないでます。あとGNDも繋いでる。
そしてL298NのOUT1とOUT2をモーターの端子に繋げています。
あ、電池もL298N用に別電源(電池ボックス)つないでます。
arduinoのソースはこんな感じ。ちょっと電圧でかいの使ってるけど、たぶん3Vでも問題ないと思う。

```cpp
/*********
  Rui Santos
  Complete project details at http://randomnerdtutorials.com  
*********/

// Motor A
int motor1Pin1 = 27; 
int motor1Pin2 = 26; 
int enable1Pin = 14; 

// Setting PWM properties
const int freq = 30000;
const int pwmChannel = 0;
const int resolution = 8;
int dutyCycle = 200;

void setup() {
  // sets the pins as outputs:
  pinMode(motor1Pin1, OUTPUT);
  pinMode(motor1Pin2, OUTPUT);
  pinMode(enable1Pin, OUTPUT);
  
  // configure LED PWM functionalitites
  ledcSetup(pwmChannel, freq, resolution);
  
  // attach the channel to the GPIO to be controlled
  ledcAttachPin(enable1Pin, pwmChannel);

  Serial.begin(115200);

  // testing
  Serial.print("Testing DC Motor...");
}

void loop() {
  // Move the DC motor forward at maximum speed
  Serial.println("Moving Forward");
  digitalWrite(motor1Pin1, LOW);
  digitalWrite(motor1Pin2, HIGH); 
  delay(2000);

  // Stop the DC motor
  Serial.println("Motor stopped");
  digitalWrite(motor1Pin1, LOW);
  digitalWrite(motor1Pin2, LOW);
  delay(1000);

  // Move DC motor backwards at maximum speed
  Serial.println("Moving Backwards");
  digitalWrite(motor1Pin1, HIGH);
  digitalWrite(motor1Pin2, LOW); 
  delay(2000);

  // Stop the DC motor
  Serial.println("Motor stopped");
  digitalWrite(motor1Pin1, LOW);
  digitalWrite(motor1Pin2, LOW);
  delay(1000);

  // Move DC motor forward with increasing speed
  digitalWrite(motor1Pin1, HIGH);
  digitalWrite(motor1Pin2, LOW);
  while (dutyCycle <= 255){
    ledcWrite(pwmChannel, dutyCycle);   
    Serial.print("Forward with duty cycle: ");
    Serial.println(dutyCycle);
    dutyCycle = dutyCycle + 5;
    delay(500);
  }
  dutyCycle = 200;
}
```

コメントにもありますが、https://randomnerdtutorials.com/ さんのソースがほぼそのままだったと思います。
```digitalWrite(motor1Pin1, LOW);``` みたいなとこでオンオフしてますが、どちらか片方をHIGHにするとどっちかに回転する。両方LOWにすると止まる。
最終的にはこれをBLE経由で操作したい。

# PCA9685とサーボモーター2種

こんどはサーボーモーター。なんかいつもちゃんと動かなくて苦戦するんですけどねー、サーボちゃん。
今回もなかなかうまくいかなくて、ESP32を一個壊してしまった。。
仕方ないのでarduino互換機でやってます。
とある事情でクレーンアームをサーボで動かしています。そしてそのアームを連続回転サーボで上げ下げする。だいぶいまいちなんだけどギリギリ動いた。

![or785-sr434.gif](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/308709/232a0396-56b6-4ff0-b3c9-ddab267fb9c4.gif)

ソースはこんな感じです。

```cpp
/*************************************************** 
  This is an example for our Adafruit 16-channel PWM & Servo driver
  Servo test - this will drive 8 servos, one after the other on the
  first 8 pins of the PCA9685

  Pick one up today in the adafruit shop!
  ------> http://www.adafruit.com/products/815
  
  These drivers use I2C to communicate, 2 pins are required to  
  interface.

  Adafruit invests time and resources providing this open source code, 
  please support Adafruit and open-source hardware by purchasing 
  products from Adafruit!

  Written by Limor Fried/Ladyada for Adafruit Industries.  
  BSD license, all text above must be included in any redistribution
 ****************************************************/

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_PWMServoDriver.h>

// called this way, it uses the default address 0x40
Adafruit_PWMServoDriver pwm = Adafruit_PWMServoDriver();
// you can also call it with a different address you want
//Adafruit_PWMServoDriver pwm = Adafruit_PWMServoDriver(0x41);
// you can also call it with a different address and I2C interface
//Adafruit_PWMServoDriver pwm = Adafruit_PWMServoDriver(&Wire, 0x40);

// Depending on your servo make, the pulse width min and max may vary, you 
// want these to be as small/large as possible without hitting the hard stop
// for max range. You'll have to tweak them as necessary to match the servos you
// have!
#define SERVOMIN  150 // this is the 'minimum' pulse length count (out of 4096)
#define SERVOMAX  600 // this is the 'maximum' pulse length count (out of 4096)

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Servo test!");

  pwm.begin();
  
  pwm.setPWMFreq(60);  // Analog servos run at ~60 Hz updates

  delay(10);
}

// you can use this function if you'd like to set the pulse length in seconds
// e.g. setServoPulse(0, 0.001) is a ~1 millisecond pulse width. its not precise!
void setServoPulse(uint8_t n, double pulse) {
  double pulselength;
  
  pulselength = 1000000;   // 1,000,000 us per second
  pulselength /= 60;   // 60 Hz
  Serial.print(pulselength); Serial.println(" us per period"); 
  pulselength /= 4096;  // 12 bits of resolution
  Serial.print(pulselength); Serial.println(" us per bit"); 
  pulse *= 1000000;  // convert to us
  pulse /= pulselength;
  Serial.println(pulse);
  pwm.setPWM(n, 0, pulse);
}

void loop() {

  //アームを下げる
  pwm.setPWM(1, 0, 300);
  delay(2000);
  pwm.setPWM(1, 0, 0);
  delay(5000);


  // アームを閉じる
  for (uint16_t pulselen = SERVOMAX; pulselen > SERVOMIN; pulselen--) {
    pwm.setPWM(0, 0, pulselen);
  }

  delay(5000);

  //アームをあげる
  pwm.setPWM(1, 0, 400);
  delay(2000);
  pwm.setPWM(1, 0, 0);
  delay(5000);

  // アームを開く
  for (uint16_t pulselen = SERVOMIN; pulselen < SERVOMAX; pulselen++) {
    pwm.setPWM(0, 0, pulselen);
  }

  delay(30000);
}
```

ほぼ、adafruiteのAdafruit_PWMServoDriverサンプルスケッチのままですね。
PCA9685のサーボ0のとこにアーム用のサーボを。サーボ1のとこに連続回転サーボを繋いでます。
連続回転サーボはどこかのパルスで回転が反転するんだけど、いじりながらやってたら300と400の数値でちょうど反転しました。モーターについてるネジで調整もできますけどね。
電源はUSBの別電源をV++に入れてます。arduinoとはSCLとSDAをそのままつなぎつつ、VCCに5V、GNDはGNDで繋いでますね。ESP32だとGPIO21と22をSDA、SCLにつなぐといいらしい。

そんなわけでいちおう動いたって所まで。
まだ動き怪しいんですけども。

あとはBLE経由での操作と、超音波モジュールで距離測るのをやらないと。